什么是放射性同位素
什么是放射性同位素
由于放射性同位素在購(gòu)買(包括轉(zhuǎn)讓和進(jìn)口)、使用上的法定監(jiān)管要求和行政審批程序，核電站采購(gòu)方需建立放射性同位素的特別采購(gòu)控制措施，以確保放射性同位素采購(gòu)計(jì)劃滿足工程建設(shè)需要。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的什么是放射性同位素，歡迎閱讀。
什么是放射性同位素
如果兩個(gè)原子質(zhì)子數(shù)目相同，但中子數(shù)目不同，則他們?nèi)杂邢嗤脑有?，在周期表是同一位置的元素，所以兩者就叫同位素。有放射性的同位素稱為“放射性同位素”,沒有放射性并且半衰期大于1050年的則稱為“穩(wěn)定同位素”，并不是所有同位素都具有放射性。基礎(chǔ)知識(shí)
為什么同位素具有放射性
自19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)了放射性以后，到20世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)的放射性元素已有30多種，而且證明，有些放射性元素雖然放射性顯著不同，但化學(xué)性質(zhì)卻完全一樣。
1910年英國(guó)化學(xué)家F.索迪提出了一個(gè)假說(shuō)，化學(xué)元素存在著相對(duì)原子質(zhì)量和放射性不同而其他物理化學(xué)性質(zhì)相同的變種，這些變種應(yīng)處于周期表的同一位置上，稱做同位素。
不久，就從不同放射性元素得到一種鉛的相對(duì)原子質(zhì)量是206.08，另一種則是208。1897年英國(guó)物理學(xué)家W.湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，1912年他改進(jìn)了測(cè)電子的儀器，利用磁場(chǎng)作用，制成了一種磁分離器(質(zhì)譜儀的前身)。當(dāng)他用氖氣進(jìn)行測(cè)定時(shí)，無(wú)論氖怎樣提純，在屏上得到的卻是兩條拋物線，一條代表質(zhì)量為20的氖，另一條則代表質(zhì)量為22的氖。這就是第一次發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定同位素，即無(wú)放射性的同位素。當(dāng)F.W.阿斯頓制成第一臺(tái)質(zhì)譜儀后，進(jìn)一步證明，氖確實(shí)具有原子質(zhì)量不同的兩種同位素，并從其他70多種元素中發(fā)現(xiàn)了200多種同位素。到目前為止，己發(fā)現(xiàn)的元素有109種，只有20種元素未發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的同位素，但所有的元素都有放射性同位素。大多數(shù)的天然元素都是由幾種同位素組成的混合物，穩(wěn)定同位素約300多種，而放射性同位素竟達(dá)1500種以上。
同位素的發(fā)現(xiàn)，使人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)更深一步。這不僅使元素概念有了新的含義，而且使相對(duì)原子質(zhì)量的基準(zhǔn)也發(fā)生了重大的變革，再一次證明了決定元素化學(xué)性質(zhì)的是質(zhì)子數(shù)(核電荷數(shù))，而不是原子質(zhì)量數(shù)。
放射性同位素的特點(diǎn)
放射性同位素(radioisotope)是不穩(wěn)定的，它會(huì)“變”。放射性同位素的原子核很不穩(wěn)定，會(huì)不間斷地、自發(fā)地放射出射線，直至變成另一種穩(wěn)定同位素，這就是所謂“核衰變”。放射性同位素在進(jìn)行核衰變的時(shí)候，可放射出α射線、β射線、γ射線和電子俘獲等，但是放射性同位素在進(jìn)行核衰變的時(shí)候并不一定能同時(shí)放射出這幾種射線。核衰變的速度不受溫度、壓力、電磁場(chǎng)等外界條件的影響，也不受元素所處 狀態(tài)的影響，只和時(shí)間有關(guān)。放射性同位素衰變的快慢，通常用“半衰期”來(lái)表示。半衰期(half-life)即一定數(shù)量放射性同位素原子數(shù)目減少到其初始 值一半時(shí)所需要的時(shí)間。如P(磷)-32的半衰期是14.3天，就是說(shuō)，假使原來(lái)有100萬(wàn)個(gè)P(磷)-32原子，經(jīng)過(guò)14.3天后，只剩下50萬(wàn)個(gè)了。半衰期越長(zhǎng)，說(shuō)明衰變得越慢，半衰期越短，說(shuō)明衰變得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常數(shù)，不同的放射性 同位素有不同的半衰期，衰變的時(shí)候放射出射線的種類和數(shù)量也不同。
放射性同位素是一個(gè)原子核不穩(wěn)定的原子，每個(gè)原子也有很多同位素，每組同位素的原子序雖然是相同，但卻有不同的原子量，如果這原子是有放射性的話，它會(huì)被稱為物理放射性核種或放射性同位素。放射性同位素會(huì)進(jìn)行放射性衰變，從而放射出伽瑪射線，和次原子粒子。
化學(xué)家和生物學(xué)家都把放射性同位素的技術(shù)應(yīng)用在我們的食品、水和身體健康等事項(xiàng)上。不過(guò)他們也察覺到危險(xiǎn)性，因而制訂使用的安全守則。有些放射性同位素是天然存在的，有些則是人工制造的。
放射性強(qiáng)度及其度量單位
放射性同位素原子數(shù)目的減少服從指數(shù)規(guī)律。隨著時(shí)間的增加，放射性原子的數(shù)目按幾何級(jí)數(shù)減少，用公式表示為： N=N0e- λt這里，N為經(jīng)過(guò)t時(shí)間衰變后，剩下的放射性原子數(shù)目，N0為初始的放射性原子數(shù)目，λ為衰變常數(shù)，是與該種放射性同位素性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，λ=y(t) =e-0.693t/τ，其中τ指半衰期。對(duì)放射性強(qiáng)度等計(jì)算單位采用了國(guó)際單位制(SI)， 我國(guó)于1986年正式執(zhí)行。在SI中，放射性強(qiáng)度單位用貝柯勒爾(becquerel)表示，簡(jiǎn)稱貝可，為1秒鐘內(nèi)發(fā)生一次核衰變，符號(hào)為Bq。1Bq=1dps=2.703×10-11Ci該單位在實(shí) 際應(yīng)用中減少了換算步驟，方便了使用。
射線與物質(zhì)的相互作用
放射性同位素放射出的射線碰到各種物質(zhì)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生各種效應(yīng)，它包括射線對(duì)物質(zhì)的作用和物質(zhì)對(duì)射線的作用兩個(gè)相互聯(lián)系的方面。例如，射線能夠使照相底片 和核子乳膠感光;使一些物質(zhì)產(chǎn)生熒光;可穿透一定厚度的物質(zhì)，在穿透物質(zhì)的過(guò)程 中，能被物質(zhì)吸收一部分，或者是散射一部分，還可能使一些物質(zhì)的分子發(fā)生電離; 另外，當(dāng)射線輻照到人、動(dòng)物和植物體時(shí)，會(huì)使生物體發(fā)生生理變化。射線與物質(zhì)的 相互作用，對(duì)核射線來(lái)說(shuō)，它是一種能量傳遞和能量損耗過(guò)程，對(duì)受照射物質(zhì)來(lái)說(shuō)， 它是一種對(duì)外來(lái)能量的物理性反應(yīng)和吸收過(guò)程。
各種射線由于其本身的性質(zhì)不同，與物質(zhì)的相互作用各有特點(diǎn)。這種特點(diǎn)還常與物質(zhì)的密度和原子序數(shù)有關(guān)。α射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，主要是通過(guò)電離和激發(fā)把它的輻射能量轉(zhuǎn)移給物質(zhì)，其射程很短，一個(gè)1兆電子伏(1MeV)的α射線，在空氣中的射程 約1.0<厘米，在鉛金屬中只有23微米(μm)，運(yùn)動(dòng) 方向會(huì)發(fā)生改變，產(chǎn)生軔致輻射。軔致輻射是一種連續(xù)的電磁輻射，它發(fā)生的幾率與β射線的能量和物質(zhì)的原子序數(shù)成正比，因此在防護(hù)上采用低密度材料，以減少軔致輻射。β射線能被不太厚的鋁層等吸收。γ射線的穿透力最強(qiáng)，射程最大，1MeV的r射線 在空氣中的射程約有米之遠(yuǎn)，r射線作用于物質(zhì)可產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)，它不會(huì)被物質(zhì)完全吸收，只會(huì)隨著物質(zhì)厚度的增加而逐漸減弱。
放射性同位素主要作用
主要方面
1.射線照相技術(shù)，可以把物體內(nèi)部的情況顯示在照片上
2.測(cè)定技術(shù)方面的應(yīng)用，古生物年齡的測(cè)定，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的材料厚度進(jìn)行監(jiān)視和控制等。
3.用放射性同位素作為示蹤劑。
4.用放射性同位素的能量，作為航天器、人造心臟能源等。
5.利用放射性同位素的殺傷力，轉(zhuǎn)惡為善，治療癌癥、滅菌消毒以及進(jìn)行催化反應(yīng)等。
發(fā)展方向
放射性同位素的應(yīng)用是沿著以下兩個(gè)方向展開的
1.利用它的射線
放射性同位素也能放出α射線、β射線和r射線。 α射線由于貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，可以用來(lái)檢查金屬內(nèi)部有沒有沙眼或裂紋，所用的設(shè)備叫α射線探傷儀。甚至直接消滅害蟲。人體內(nèi)的癌細(xì)胞比正常細(xì)胞對(duì) 射線更敏感，因此用射線照射可以治療惡性腫瘤，這就是醫(yī)生們說(shuō)的“放療”。
和天然放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素的放射強(qiáng)度容易控制，還可以制成各種所需的形狀，特別是，它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此放射性廢料容易處理。由于這些優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)和科研中凡是用到射線時(shí)，用的都是人造放射性同位素，不用天然放射性物質(zhì)。
2.作為示蹤原子
一種放射性同位素的原子核跟這種元素其他同位素的原子核具有相同數(shù)量的質(zhì)子(只是中子的數(shù)量不同)，這種化合物的原子跟通常的化合物一樣參與所有 化學(xué)反應(yīng)，卻帶有“放射性標(biāo)記”，用儀器可以探測(cè)出來(lái)。這種原子叫做示蹤原子。
棉花在結(jié)桃、開花的時(shí)候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上也能吸收。但是，什么時(shí)候的吸收率最高、磷能在作物體內(nèi)存留多長(zhǎng)時(shí)間、磷在作物體內(nèi) 的分布情況等，用通常的方法很難研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面，然后每隔一定時(shí)間用探測(cè)器測(cè)量棉株各部位的放射性強(qiáng)度，上面的問(wèn)題就很容易解決。
人體甲狀腺的工作需要碘。碘被吸收后會(huì)聚集在甲狀腺內(nèi)。給人注射碘的放射性同位素碘131，然后定時(shí)用探測(cè)器測(cè)量甲狀腺及鄰近組織的放射強(qiáng)度，有助于診斷甲狀腺的器質(zhì)性和功能性疾病。
近年來(lái)，有關(guān)生物大分子的結(jié)構(gòu)及其功能的研究，幾乎都要借助于放射性同位素。
放射性同位素應(yīng)用
同位素示蹤法(isotopic tracer method)是利用放射性核素作為示蹤劑對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記的微量分析方法，示蹤實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)建者 是Hevesy。Hevesy于1923年首先用天然放射性212Pb研究鉛鹽在豆科植物內(nèi)的分布和轉(zhuǎn)移。繼后Jolit和Curie于1934年發(fā)現(xiàn)了人工放射性，以及其后生產(chǎn)方法的建立(加速器、反應(yīng)堆等)，為放射性同位素示蹤法的更快的發(fā)展和廣泛應(yīng)用提供了基本的條件和有力的保障。
同位素示蹤法基本原理和特點(diǎn)
同位素示蹤所利用的放射性核素(或穩(wěn)定性核素)及它們的化合物，與自然界存在的相應(yīng)普通元素及其化合物之間的化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)是相同的， 只是具有不同的核物理性質(zhì)。 但是，穩(wěn)定性同位素作為示蹤劑其靈敏度較低，可獲得的種類少，價(jià)格較昂貴，其應(yīng)用范圍受到限制;而用放射性同位素作為示蹤劑不僅靈敏度，測(cè)量方法簡(jiǎn)便易 行，能準(zhǔn)確地定量，準(zhǔn)確地定位及符合所研究對(duì)象的生理?xiàng)l件等特點(diǎn)：
1.靈敏度高
放射性示蹤法可測(cè)到10-14-10-18克水平，即可以從1015個(gè)非放射性原子中檢出一個(gè)放射性原子。它比目前較敏感的重量分析天平要敏感108-107倍，而迄今最準(zhǔn)確的化學(xué)分析法很難測(cè)定到10-12克水平;
2.方法簡(jiǎn)便
放射性測(cè)定不受其它非放射性物質(zhì)的干擾，可以省略許多復(fù)雜的物質(zhì)分離步驟，體內(nèi)示蹤時(shí)，可以利用某些放射性同位素釋放出穿透力強(qiáng)的r射線，在 體外測(cè)量而獲得結(jié)果，這就大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，做到非破壞性分析，隨著液體閃爍計(jì)數(shù)的發(fā)展，14C和3H等發(fā)射軟β射線的放射性同位素在醫(yī)學(xué)及生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用;
3.定位定量準(zhǔn)確
放射性同位素示蹤法能準(zhǔn)確定量地測(cè)定代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)變,與某些形態(tài)學(xué)技術(shù)相結(jié)合(如病理組織切片技術(shù)，電子顯微鏡技術(shù)等)，可以確定放射性示蹤劑在組織器官中的定量分布，并且對(duì)組織器官的定位準(zhǔn)確度可達(dá)細(xì)胞水平、亞細(xì)胞水平乃至分子水平;
4.符合生理?xiàng)l件
在放射性同位素實(shí)驗(yàn)中，所引用的放射性標(biāo)記化合物的化學(xué)量是極微量的，它對(duì)體內(nèi)原有的相應(yīng)物質(zhì)的重量改變是微不足道的，體內(nèi)生理過(guò)程仍保持正 常的平衡狀態(tài)，獲得的分析結(jié)果符合生理?xiàng)l件，更能反映客觀存在的事物本質(zhì)。 放射性同位素示蹤法的優(yōu)點(diǎn)如上所述，但也存在一些缺陷，2H是1H的兩倍，當(dāng)用氚水(3H2O)作示蹤劑時(shí)，它在普通H2O中的含量不能過(guò)大，否則會(huì)使水的物理常數(shù)、對(duì)細(xì)胞膜的滲透及細(xì)胞質(zhì)粘性等都會(huì)發(fā)生改變。但在一般的示蹤實(shí)驗(yàn)中，由同位素效應(yīng)引起的誤差，常在實(shí)驗(yàn)誤差內(nèi)，可忽略不計(jì)。放射性同位素釋放的射線利于追蹤測(cè)量，但射線對(duì)生物體的作用達(dá)到一定劑量時(shí)，會(huì)改變機(jī)體的生理狀態(tài)， 這就是放射性同位素的輻射效應(yīng)，因此放射性同位素的用量應(yīng)小于安全劑量，嚴(yán)格控制在生物機(jī)體所能允許的范圍之內(nèi)，以免實(shí)驗(yàn)對(duì)象受輻射損傷，而得錯(cuò)誤的結(jié)果。
示蹤實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則
設(shè)計(jì)一個(gè)放射性同位素的示蹤實(shí)驗(yàn)應(yīng)從實(shí)驗(yàn)的目的性，實(shí)驗(yàn)所具備的條件和對(duì)放射性的防護(hù)水平三方面著手考慮。δ =n’/n表示放射性標(biāo)記的分子數(shù)n’與總分子數(shù)(標(biāo)記的加未標(biāo)記的)n之比。采用放射性同位素示蹤技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)所研究課題預(yù)期目的全部或一部分，一般須經(jīng) 過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，實(shí)驗(yàn)階段和放射性廢物處理三個(gè)步驟。
(一)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段
1.示蹤劑的選擇
選定放射性示蹤劑的比活度λqδ的值必須足夠大，以保證實(shí)驗(yàn)所需要的靈敏度，而又要盡可能地小，使得在該實(shí)驗(yàn)條件下輻射自分解可忽略。一般情 形是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)短，來(lái)選擇具有合適的衰變方式，輻射類型和半衰期，且放射毒性低的放射性同位素。在任何一種生產(chǎn)方法中，生產(chǎn)步驟很可能包含或多或少的化學(xué)處理，因而示蹤實(shí)驗(yàn)人員需要了解某個(gè)核素及其周圍的那些元素的化學(xué)性質(zhì)，因?yàn)樗鼈冇锌赡艹蔀榇朔派湫酝凰氐碾s質(zhì)。
放射性同位素都衰變(經(jīng)過(guò)或不經(jīng)過(guò)中間狀態(tài))到處于基態(tài)的子體核素，衰變時(shí)伴隨各種形式的能量輻射，如α、β-、β+、γ、X放射等。在選 擇示蹤劑時(shí)，示蹤實(shí)驗(yàn)人員要仔細(xì)研究衰變綱圖，并使得放射性廢物容易處理，在實(shí)際工作中，使用的放射性同位素的半衰期應(yīng)該與實(shí)驗(yàn)需要持續(xù)的時(shí)間t相適應(yīng)，如對(duì)于某個(gè)實(shí)驗(yàn)，t/τ=0.04時(shí)，應(yīng)所選放射性同位素的衰變校正為3.5%;而t/τ=0.10時(shí)，應(yīng)選放射性同位素的衰變校正為6.6%。t/τ=0.15時(shí)，應(yīng)選用其衰變校正為10%。
在體外示蹤條件，一般選用半衰期較長(zhǎng)而射線強(qiáng)度適中，既利于探測(cè)，又易于防護(hù)和保存的放射性示蹤劑。體內(nèi)示蹤條件下，若實(shí)驗(yàn)周期短，應(yīng)選用半衰期短，且能放出一定強(qiáng)度r射線物放射性同位素，若實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，如需要將動(dòng)物活殺后對(duì)組織臟器分別測(cè)定的，則應(yīng)選用半衰期較長(zhǎng)放射性同位素。此外，根據(jù) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩?lái)選用定位的或不定位的標(biāo)記示蹤劑，例如研究氨基酸的脫羧反應(yīng)，14C應(yīng)標(biāo)記在羧基上，只有這種定位標(biāo)記的氨基酸，才能在脫羧后產(chǎn)生14CO2。 而有些實(shí)驗(yàn)不要求特定位置標(biāo)記，只須均勻標(biāo)記即可。
選擇放射性示蹤劑還必須同時(shí)滿足高化學(xué)純度，高放射性核純度的要求。在示蹤劑制備期間、貯存期間以用試驗(yàn)體系中所使用的溶劑、化學(xué)試劑、酶 等可能會(huì)產(chǎn)生化學(xué)雜質(zhì)、放射化學(xué)雜質(zhì)及輻射自分解引起的放射性雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在，使得示蹤實(shí)驗(yàn)中使用的示蹤劑不“純”，而或多或少影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，甚至?xí)?dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論。 氚標(biāo)記的胸腺嘧啶核苷(3H-TdR)和尿嘧啶核苷(3H-UR)是兩種常用的示蹤劑，前者有效地結(jié)合到DNA中，后者則摻入到 RNA中，它們的輻射分解速度隨比較放射性的增高及保存時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，在不同溫度和不同溶液中的穩(wěn)定性也不同。經(jīng)保存八年的3H-TdR約有35%輻 射分解為3H-胸腺嘧啶，并導(dǎo)致二醇和水合物的形式，在實(shí)驗(yàn)中這雜質(zhì)會(huì)很快摻入細(xì)胞并與大分子(很可能是蛋白質(zhì))結(jié)合，而不是與DNA和RNA相結(jié)合，這些雜質(zhì)用DNA酶和RNA酶處理細(xì)胞都不除去。3H-TdR和3H-UR貯存在-20℃的冷凍溶液中輻射分離速度要比+2℃增加3-4倍，但低溫度(- 140℃)對(duì)貯存也有利，在允許對(duì)示蹤實(shí)驗(yàn)人員在選擇保存放射性示蹤劑時(shí)會(huì)有所啟發(fā);
2.放射性同位素測(cè)量方法的選擇
測(cè)量方法的選擇取決于射線種類，對(duì)于α射線通?？捎昧蚧\晶體、電離室、核乳膠等方法探測(cè);對(duì)能量高的β射線可用云母窗計(jì)數(shù)管、塑料閃爍晶體及核乳膠測(cè)定，對(duì)于能量低的β射線可用液體閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)量：對(duì)于γ射線則用G-M計(jì)數(shù)管，碘化鈉(鉈)閃爍晶體探測(cè)。目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室主要采用晶體閃爍計(jì)數(shù)法和液體閃爍計(jì)數(shù)法兩種測(cè)量方式。
同一臺(tái)探測(cè)儀器對(duì)不同量的示蹤劑具有不同的最佳工作條件，在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段要檢查探測(cè)器是否已調(diào)有所用示蹤同位素的工作條件，否則需要用一定量的示蹤劑作為放射源(或選用該同位素的標(biāo)準(zhǔn)源)，把探測(cè)器的最佳工作條件調(diào)整好，并且要保證探測(cè)器性能處于穩(wěn)定可靠的狀態(tài)。
探測(cè)最佳工作條件的選擇方法：一種是測(cè)“坪曲線”，另一種是找最好的品質(zhì)因素。對(duì)于光電倍增管，在理論上不存在“坪”(plateau)。但隨著高壓的增 加，在一定范圍內(nèi)，脈沖數(shù)變化較小，形成一段坡度較小的電壓脈沖曲線，通常也稱其為坪。測(cè)坪曲線的方法：固定放射源，根據(jù)其射線能量的大小，初選 一個(gè)廣 大器增益(放大倍數(shù))和甄別器閾值。不斷地改變高壓(由低到高，均勻增加伏度)，每改變一次高壓，都測(cè)定一次本底和放射源的計(jì)數(shù)率，最后作出高壓本底計(jì)數(shù) 率和高壓放射源計(jì)數(shù)曲線。用同樣的方法，作另一個(gè)甄別閾值(放大倍數(shù)不變)下的高壓計(jì)數(shù)率曲線，這樣反復(fù)多作幾條曲線。相品質(zhì)因素f=ns/nb 式中ns指某種放射性樣品的計(jì)數(shù)率。找最好品質(zhì)因素的方法與 測(cè)坪曲線一樣，作出幾條高壓-F(或f)的關(guān)系曲線，在幾條曲線中選擇峰值最高的曲線。這根曲線的峰值所對(duì)應(yīng)的條件：高壓，甄別閾，放大倍數(shù)等，就是該儀 器對(duì)被測(cè)同位素的最佳工作條件。最佳品質(zhì)因素不一定恰好落在“坪”上，有的在“坪”附近，有的卻在“坪”的下端。著眼于把同位素的整個(gè)能譜峰都計(jì)下來(lái)的示 蹤實(shí)驗(yàn)者主張取“坪”所對(duì)應(yīng)的工作條件，而著眼于優(yōu)值者，主張取最佳品質(zhì)因素所對(duì)應(yīng)的工作條件，也有人折衷。如果某儀器本底很低，光電倍增管噪音很低和能 譜分辯高，二者應(yīng)該相差不大。同一臺(tái)儀器的最佳工作條件，隨儀器的使用期延長(zhǎng)而有所改變，不同的放射性同位素，其最佳工作條件不同。因此核探測(cè)儀器的最佳 工作條件具有專屬性，并且要經(jīng)常通過(guò)選擇其不同時(shí)期的最佳工作條件。更不能不問(wèn)被測(cè)同位素的種類，而千篇一律地使用同一個(gè)工作條件。
為了達(dá)到準(zhǔn)確地計(jì)數(shù)，可以長(zhǎng)時(shí)間一次計(jì)數(shù)，或短時(shí)間多次測(cè)量，兩者達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)誤基本相同，為避免外界因素的影響，在實(shí)際工作中，取短時(shí)間多 次測(cè)量較為合理適用。在測(cè)量樣品的放射性時(shí)，本底是一個(gè)重要影響因素。本底高，則標(biāo)準(zhǔn)誤和標(biāo)準(zhǔn)誤差都增大，尤其在樣品計(jì)數(shù)較低時(shí)，本底對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤和標(biāo)準(zhǔn)誤差 的影響就愈大，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度，而且為了達(dá)到一定的精度，勢(shì)別要增加樣品的測(cè)量時(shí)間。根據(jù)核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，在實(shí)驗(yàn)中如果樣品數(shù)量少，選擇tN= 1.4tb的比例(式中tN為樣品放射性測(cè)量時(shí)間，tb為本底測(cè)量時(shí)間)較為合理;如果樣品數(shù)量較多是一大批樣品，則延長(zhǎng)本底測(cè)量時(shí)間tb，取tb的時(shí)間均值，而tN則可相對(duì)短，這樣可節(jié)省時(shí)間，有利于縮短實(shí)驗(yàn)周期。對(duì)于示蹤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，樣品中所含放射性強(qiáng)度的要求，是使其放射性計(jì)數(shù)率大于或等于本底計(jì) 數(shù)的10-20倍;
3.進(jìn)行非放射性的模擬實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)全過(guò)程預(yù)演一遍
同位素示蹤實(shí)驗(yàn)要求準(zhǔn)確、仔細(xì)，稍有疏忽或考慮不周就匆忙進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)，既容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，又會(huì)造成示蹤劑和其它實(shí)驗(yàn)用品的浪費(fèi)，還會(huì)增加 放射性廢物，增加實(shí)驗(yàn)室本底水平，使實(shí)驗(yàn)者接受不必要的輻射劑量，所以模擬實(shí)驗(yàn)不僅可以檢查正式實(shí)驗(yàn)中所用器材，藥品是否合格，又可以操作人員進(jìn)行訓(xùn)練， 以保證正式實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行。
(二)正式實(shí)驗(yàn)階段
1.選擇放射性同位素的劑量
同位素必須能經(jīng)得起稀釋，使其最后樣品的放射性不能低于本底，一般來(lái)說(shuō)放射性同位素在生物體內(nèi)不是完全均勻地被稀釋，可能在某些器官、組織、 細(xì)胞、某些分子中有選擇性地蓄積，蓄積的部分放射性就會(huì)很強(qiáng)，在這種情況下，應(yīng)以相關(guān)部位對(duì)示蹤劑的蓄積率來(lái)考慮示蹤劑用量。在細(xì)胞培養(yǎng)，切片保溫，酶反 應(yīng)等示蹤實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、反?yīng)時(shí)間及反應(yīng)體積的不同來(lái)考慮示蹤劑的用量，通常小于一個(gè)微居里或幾個(gè)微居里。 由于放射性同位素存在輻射效應(yīng)，應(yīng)該根據(jù)使用的放射性核素的種類，將用量控制在最大允許劑量之內(nèi)(maximun permissible dose)，以免因劑量過(guò)大所造成的輻射效應(yīng)，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)較大的誤差;
2.選擇示蹤劑給入途徑
整體示蹤實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模x擇易吸收、易操作的給入途徑，一般給予的數(shù)量體積小，要求給予的劑量準(zhǔn)確，防止可能的損失和不必要的污染。體外示蹤實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟的某個(gè)環(huán)節(jié)加入一定劑量的示蹤到反應(yīng)系統(tǒng)中去，力求操作準(zhǔn)確，仔細(xì);
3.放射性生物樣品的制備
根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮褪聚檮┑臉?biāo)記放射性同位素的性質(zhì)制備放射性生物樣品，其中放射性同位素的性質(zhì)是生物樣品制備形式的主要依據(jù)。不論采用何種測(cè)量方法，都應(yīng)該對(duì)樣品作定量采集。對(duì)某些放射性分散的樣品，應(yīng)當(dāng)作適當(dāng)濃集，如測(cè) 定組織內(nèi)蛋白質(zhì)的放射性，應(yīng)對(duì)蛋白質(zhì)作提取處理然后制備成相應(yīng)的測(cè)量樣品。有些樣品需采用灰化法，但灰化法對(duì)易揮發(fā)的同位素或易揮發(fā)的組織樣品不合適;
4.放射性樣品的測(cè)量
測(cè)量方法分為絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量。絕對(duì)測(cè)量是對(duì)樣品的實(shí)有放射性強(qiáng)度作測(cè)量，求出樣品中標(biāo)記同位素的實(shí)際衰變率，在作絕對(duì)測(cè)量時(shí)，要糾正一些 因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，這些因素包括儀器探頭對(duì)于放射源的相對(duì)立體角、射線被探頭接收后被計(jì)數(shù)的幾率、反散射、 放射源的自吸收影響等等。但是當(dāng)樣品與探頭之間相距較遠(yuǎn)時(shí)，由于樣品 與探頭之間形成的相對(duì)立體角較小，所以兩者計(jì)數(shù)率的差異會(huì)顯著減小。在用紙片法測(cè)量3H標(biāo)記物的放射性強(qiáng)度時(shí)，要注意紙片在閃爍瓶中的位置，一批樣品應(yīng)該 一致，如果是將濾紙剪成圓狀作支持物，圓片的直徑最好與閃爍瓶底的直徑相等，保證濾紙?jiān)陂W爍瓶?jī)?nèi)的位置固定。減小幾何條件對(duì)放射性測(cè)量的影響可以從三方面 入手：⑴選擇探測(cè)窗大的探測(cè)器，如光電倍增管作探頭的探測(cè)器;⑵在樣品制備時(shí)，注意盡量將樣品做成點(diǎn)狀源，這樣當(dāng)樣品的放射性強(qiáng)度較弱時(shí)，由于距離探測(cè)窗 較近而有可能造成的水平位移的影響就可以忽略;⑶無(wú)論樣品距離探測(cè)窗遠(yuǎn)近，樣品都應(yīng)置于探測(cè)窗的垂直軸線上，以減少樣品與探測(cè)窗之間的相對(duì)立體角。
(三)放射性去污染和放射性廢物處理
放射性實(shí)驗(yàn)，無(wú)論是每次實(shí)驗(yàn)或階段性實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，都可能有不同程度的放射性污染和放射性廢物的出現(xiàn)，因此，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要作去污染處理和放射性廢物處理。必要時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行中，就要作除污染和清理放射性廢物的工作。
在生物化學(xué)和分子生物學(xué)中的應(yīng)用
放射性同位素示蹤法在生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，它為揭示體內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)理化過(guò)程的秘
密，闡明生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)起了極其重要的作用。近幾年來(lái)，同位素示蹤技術(shù)在原基礎(chǔ)上又有許多新發(fā)展，如雙標(biāo)記和多標(biāo)記技術(shù)，穩(wěn)定性同位素示蹤技術(shù)，活化分析，電子顯微鏡技術(shù)，同位素技術(shù)與其它新技術(shù)相結(jié)合等。由于這些技術(shù)的發(fā)展，使生物化學(xué)從靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，從細(xì)胞水平進(jìn)入分子水平，闡明了一系列重大問(wèn)題，如遺傳密碼、細(xì)胞膜受體、RNA-DNA逆 轉(zhuǎn)錄等，使人類對(duì)生命基本現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)開辟了一條新的途徑。下面僅就同位素示蹤技術(shù)在生物化學(xué)和分子生物學(xué)中應(yīng)用的幾個(gè)主要方面作一介紹。
1.物質(zhì)代放謝的研究
體內(nèi)存在著很多種物質(zhì)，究竟它們之間是如何轉(zhuǎn)變的，如果在研究中應(yīng)用適當(dāng)?shù)耐凰貥?biāo)記物作示蹤劑分析這些物質(zhì)中同位素含量的變化，就可以知道 它們之間相互轉(zhuǎn)變的關(guān)系，還能分辯出誰(shuí)是前身物，誰(shuí)是產(chǎn)物 ，分析同位素示蹤劑存在于物質(zhì)分子的哪些原子上，可以進(jìn)一步推斷各種物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變機(jī)制。為了 研究膽固醇的生物合成及其代謝，采用標(biāo)記前身物的方法，揭示了膽固醇的生成途徑和步驟，實(shí)驗(yàn)證明，凡是能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴］o酶A的化合物，都可以作為生成 膽固醇的原料，從乙酸到膽固醇的全部生物合成過(guò)程，至少包括36步化學(xué)反應(yīng)，在鯊烯與膽固醇之間，就有二十個(gè)中間物，膽固醇的生物合成途徑可簡(jiǎn)化為:乙酸 →甲基二羥戊酸→膽固醇 又如在研究肝臟膽固醇的來(lái)源時(shí)，用放射性同位素標(biāo)記物3H-膽固醇作靜脈注射的示蹤實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，放射性大部分進(jìn)入肝臟，再出現(xiàn)在糞 中，且甲狀腺素能加速這個(gè)過(guò)程，從而可說(shuō)明肝臟是處理血漿膽固醇的主要器官，甲狀腺能降低血中膽固醇含量的機(jī)理，在于它對(duì)血漿膽固醇向肝臟轉(zhuǎn)移過(guò)程的加速作用;
2.物質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究
物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律是生命活動(dòng)中重要的本質(zhì)內(nèi)容，在過(guò)去的物質(zhì)轉(zhuǎn)化研究中，一般都采用用離體酶學(xué)方法，但是離體酶學(xué)方法的研究結(jié)果， 不一定能代表整體情況，同位素示蹤技術(shù)的應(yīng)用，使有關(guān)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)的周期大大縮短，而且在離體、整體、無(wú)細(xì)胞體系的情況下都可應(yīng)用，操作簡(jiǎn)化，測(cè)定靈敏 度提高，不僅能定性，還可作定量分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們的兩部分的放射性比值基本相等，從而證明了產(chǎn)物 dGMP的戊糖就原標(biāo)記物GMP的戊糖，而沒有別的來(lái)源，否則產(chǎn)物dGMP的堿基和核糖的比值一定與原標(biāo)記物GMP的兩部分比值有顯著差別。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 戊糖脫氧是在堿基與戊糖不分記的情況下進(jìn)行的，從而證明了脫氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸直接轉(zhuǎn)化而來(lái)的，并不是核糖核苷酸先分解成核糖與堿基，堿基再重新接上脫氧杭核糖。無(wú)細(xì)胞的示蹤實(shí)驗(yàn)可以分析物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化條件，例如以3H-dTTP為前身物作DNA摻入的示蹤實(shí)驗(yàn)，按一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)摻入后，測(cè)定 產(chǎn)物DNA的放射性，作為新合成的DNA的檢出指標(biāo);
3.動(dòng)態(tài)平衡的研究
闡明生物體內(nèi)物質(zhì)處于不斷更新的動(dòng)態(tài)平衡之中，是放射性同位素示蹤法對(duì)生命科學(xué)的重大貢獻(xiàn)之一，向體內(nèi)引入適當(dāng)?shù)耐凰貥?biāo)記物，在不同時(shí)間測(cè) 定物質(zhì)中同位素含量的變化，就能了解該物質(zhì)在體內(nèi)的變動(dòng)情況，定量計(jì)算出體內(nèi)物質(zhì)的代謝率，計(jì)算出物質(zhì)的更新速度和更新時(shí)間等等。機(jī)體內(nèi)的各種物質(zhì)都在有 大小不同的代謝庫(kù)，代謝庫(kù)的大小可用同位素稀釋法求也;
4.生物樣品中微量物質(zhì)的分析
在放射性同位素示蹤技術(shù)被應(yīng)用之前，由于制備樣品時(shí)的丟失而造成回收率低以及測(cè)量靈敏度不高等問(wèn)題，使得對(duì)機(jī)體正常功能起很重要作用的微量物 質(zhì)不易被測(cè)定。近年來(lái)迅速發(fā)展、應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛的放射免疫分析(radioimmunoassay)技術(shù)是一種超微量的分析方法，它可測(cè)定的物質(zhì)300多種，其中激素類居多，包括類固醇激素，多肽類激素，非肽類激素，蛋白質(zhì)物質(zhì)，環(huán)核苷酸，酶，腫瘤相關(guān)的抗原，抗體以及病原體，微量藥物等其它物質(zhì);
5.最近鄰序列分析法(Nearest neighbour-sequence analysis method)
放射性同位素示蹤技術(shù)，是分子生物學(xué)研究中的重要手段之一，對(duì)蛋白質(zhì)生物合成的研究，從DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄到蛋白質(zhì)翻譯均起了很大的作 用。最近鄰序列分析法應(yīng)用同位素示蹤技術(shù)結(jié)合酶切理論和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，研究證實(shí)了DNA分子中堿基排列規(guī)律，在體外作合成DNA的實(shí)驗(yàn)：分四批進(jìn)行，每批用 一種不同的32P標(biāo)記脫氧核苷三磷酸，32P標(biāo)記在戊糖5'C的位置上，在完全條件下合成后，用特定的酶打開5'C-P鍵，使原堿基上通過(guò)戊糖5'C相連 的32P移到最鄰近的另一單核苷酸的3'C上 。此外，放 射性同位素示蹤技術(shù)對(duì)分子生物學(xué)的貢獻(xiàn)還表現(xiàn)在：⑴對(duì)蛋白質(zhì)合成過(guò)程中三個(gè)連續(xù)階段，即肽鏈的起始、延伸和終止的研究;⑵核酸的分離和純化;⑶核酸末端核 苷酸分析，序列測(cè)定;⑷核酸結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系;⑸RNA中的遺傳信息如何通過(guò)核苷酸的排列順序向蛋質(zhì)中氨基酸傳遞的研究等等。為了更好地應(yīng)用放射性同位素示蹤技術(shù)，除了有賴于示蹤劑的高質(zhì)量和核探測(cè)器的高靈敏度外，關(guān)鍵還在于有科學(xué)根據(jù)的設(shè)想和創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及各種新技術(shù)的綜合應(yīng)用。
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